◎本報記者 劉園園

記者從中國能建集團獲悉，我國首個高空風能國家重點研發計劃核心裝備——世界最大的5000平方米高空風力發電捕風傘日前在內蒙古阿拉善左旗試驗場成功開傘。其完成全部預定試驗內容后成功實現空中收傘，這標志著我國高空風力發電技術在工程化應用方面邁出堅實一步。

高空風力發電的原理是什么？具有哪些優勢？適合應用在哪些場景？中國能建集團相關專家對此進行了深入解讀。

捕風結構全球最大

“高空風力發電，是利用自主系留升空的空中組件捕獲300米以上高空風能，從而實現風能—電能轉換的新能源技術。”中國能建集團所屬中國電力工程顧問集團有限公司副總經理張力介紹，為捕獲高空風能，國內外主要有兩種技術路線：空基高空風力發電與陸基高空風力發電，兩者的核心區別在于發電機的位置。

此次中國能建集團開展試驗的高空風力發電系統，屬于傘梯式陸基高空風力發電，包含“空中捕能—纜繩傳能—地面發電”三級能量傳遞路徑，就像放飛在高空的巨型“風箏”。

“空中傘梯系統由氦氣球提供初始升力，并采用做功傘捕獲風能，平衡傘維持系統穩定，通過纜繩將機械能傳遞至地面。”張力解釋說，其中，纜繩采用超高分子聚乙烯材料，可承受百噸級拉力。

地面發電系統則通過雙機組協同的卷揚設備，將纜繩直線運動轉為旋轉動力，配合萬向滑輪架適應風向變化，實現機械能發電，并使單機功率達到兆瓦級。

值得一提的是，此次試驗中用于捕獲風能的高空風力發電做功傘是全球最大的高空風能捕獲結構。項目團隊通過氣動優化提升了做功傘捕風效率，通過傘型設計拓展了開傘尺寸極限。

突破傳統風電瓶頸

“在全球能源轉型浪潮的推動下，風電裝機規模保持著持續高速增長的態勢。然而，傳統陸上風電與海上風電正面臨兩大愈發突出的瓶頸。”張力談道。

他分析，近地風資源的開發空間受到限制，可獲取的高質量風場日益稀缺；更為關鍵的是，風力具有較強的間歇性與較大的波動性，這對電網的穩定性帶來挑戰。這些發展瓶頸不僅限制了風能潛力的充分釋放，而且難以滿足新型電力系統對于高度穩定性和強大調峰能力的核心需求。

在張力看來，突破傳統風電瓶頸的戰略機遇，潛藏于近地空間之上——即距離地面300米至10000米的高空。

“科學研究表明，這一區域蘊藏著極為豐富且未充分利用的風能資源，其理論儲量可達全球電力總消費需求的100倍以上。”張力介紹，相比于近地風能，高空風能具備顯著優勢：能量密度成倍提升、風向風速顯著穩定、全球性廣泛分布。這些特性為應對新型電力系統穩定性和調峰需求提供了潛在有效的解決方案。

拓寬風能利用場景

2024年初，中國能建集團投資建設的我國首個高空風能發電工程化試驗項目——安徽績溪高空風能發電新技術示范項目成功發電。該項目采用傘梯式陸基高空風力發電技術路線，總裝機容量達兆瓦級，能夠利用300—3000米高空風能進行發電，是我國高空風能發電技術的首次工程化實踐。

“在諸多高空風電解決方案里，傘梯式陸基技術路線呈現出顯著的商業化潛力與應用靈活性。”張力介紹，傘梯式陸基高空風力發電技術具備功率輸出大、配置靈活、高度模塊化設計等特點，可支持車載式、分布式、集中式等多種靈活的部署方案。

張力舉例說，傘梯式陸基高空風力發電技術可部署在內蒙古、青海等風資源富集區，與風光基地協同構建三維立體能源矩陣；可面向離網供電孤島，為遠海哨所、高原科考站等提供全天候清潔電力；可應用于城市應急支援，作為車載系統隨時響應自然災害、電網故障等突發需求。此外，還能夠與火電、光伏等發電場景形成有效互補，增強多能源系統的整體韌性。

“傘梯式陸基高空風力發電技術將拓寬風能資源全方位利用新場景。”張力表示。